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Schwerkraftsmeßgerät Die Erfindung betrifft ein Schwerkraftsmeßgerät
mit einem zwischen elastischen Gliedern in waagerechter Ebene auswägbar eingespannten
und die elastischen Glieder auf Torsion beanspruchenden Gewichtssystem.
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Solche Geräte, die gleichzeitig init einer Vorrichtung zum Messen
der in den elastischen Gliedern bei Schwerkraftsänderungen auftretendenz Wandlungen
der Torsionsspannung versehen sind, haben den Nachteil, daß die gewichtsbelasteten
federnden Glieder ein aperiodisches System darstellen, d. h. die Federn erhalten
infolge der Gewichtsbelastung eine solche Vorspannung, daß die Periode unendlich
ist, wodurch das Schwingen ausgeschaltet wird. Diese Vorspannung bewirkt aber ein
schnelles Ermüden der Federn und bringt dadurch einen sich ständig vergröß,ernden
Drall in das System hinein. Die Genauigkeit des Meßergebnisses läßt sich bei Verwendung
der bekannten Geräte also nicht verbürgen, zumal dann nicht, wenn sie nicht neu
sind.
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Diesen Mangel in der Hauptsache stellt die Erfindung ab. Nach ihr
werden an Schwerkraftsmeßgeräten der eingangs umrissenen Gattung nun die in der
waagerechten Ebene ausgespannten ,elastischen Glieder derart einstellbar angeordnet,
daß sie in der Ausgangsstellung lediglich auf Zug beansprucht sind, und es ist ein
besonderes Federsystean angeordnet, das zum Messen der bei Schwerkraftsänderungen
in den elastischen Spanngliedern auftretenden Torsionsspannungen dient. Das Federsystem
schwingt somit mit endlicher und einstellbarer Periode, wodurch
sich
die Empfindlichlieit noch erhöhen läßt, ohne daß unüberprüfbare Veränderungen des
Federdralls und somit Ungenauigkeiten des Meßergebnisses zu befürchten sind.
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Hat man es mit einem Gerät zu tun, bei dem das Gewicht zur Belastung
des Feder systems an einem von dem Verbindungsstück der Spannfedern getragenen Arm
befestigt ist, so dient weiterhin erfindungsgemäß als Meßfeder eine auf Zug beanspruchte
hochempfindliche Feder, die sich vorzugsweise zwischen einem besonderen, rechtwinklig
zu dem das Gewicht tragenden Arm angeordneten weiteren Arm und einem ortsfesten
Halter erstreckt, in dem ihr entsprechendes Ende einstellbar gelagert ist. Statt
dessen kann als Meßfeder auch eine empfindliche Schraubenfeder dienen, die eine
der Spannfedern umschließt und gleichachsig zu ihr angeordnet ist. Diese greift
dann mit einem ihrer Enden an dem Gewichtssystem an und ist mit dem anderen Ende
mittels eines um den Schaft der Feder drehbaren Torsionsanzeigegliedes einstellbar.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand von
Zeichnungen zwecks näherer Erläuterung beschrieben. Es zeigt Abb. 1 das Schaubild
einer Ausführungsform, bei dem eine die Spannung regelnde, auf Zug beanspruchte
Feineinstellfeder vorgesehen ist, Abb. 2 einen waagerechten Teilschnitt längs Linie
II-II von Abb. 1, aus dem die Einstellvorrichtung ersichtlich ist, Abb. 3 einen
senkrechten Teilschnitt längs Linie III-III von Abb. 2 Abb. 4 einen senkrechten
Teilschnitt längs Linie IV- IV von Abb. I, Abb. j das Schaubild einer anderen Ausführungsform,
bei dem eine auf Torsion beanspruchte Feineinstellfeder vorgesehen ist.
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In Abb. 1 stellt 1 eine Grundplatte dar, die auf einem Fuß steht,
der mit einer Mehrzahl von Ausrichtschrauben 2 versehen ist. Die Stütze 3 des Fußes
ist in bezug auf die Fußplatte 4 drehbar gelagert, damit man die Grundplatte 1 um
eine lotrechte Achse schwenken kann. Die Grundplatte 1 ist mit aufwärts gerichteten
Konsolgliedern 6,7 versehen, die im Abstand voneinander stehen, um zwischen ihnen
lein bewegliches System aufhängen zu können.
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Das bewegliche System des Schwerkraftmessers besteht aus den Armen
11 und 12, die sich rechtwinklig zueinander von einem Verbindungsstück 15 aus erstrecken,
Waagerecht liegende Federn 17 und' 18 greifen mit ihren einander zugewendeten Enden
an dem Verbindungsstück 15 an. Die einander abgewendeten äußeren Enden der Federglieder
17 und 18 greifen an Stäben 19 und 20 an, die sich durch die Konsolen 6 und 7 hindurch
erstrecken und dort, wie nachstehend näher beschrieben, gesichert werden. Der Stab
19 hat rechtwinkligen Querschnitt, wie das aus Abb. 3 ersichtlich ist, und sein
äußeres Ende ist mit Gewinde versehen. Der Stab 19 wird mit Hilfe einer auf ihn
aufgeschraubten Mutter 21 in Stellung gehalten.
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Die Mutter drückt gegen ein Zwischenglied 22, dessen Außenfläche,
wie bei dem Bezugszeichen 23 angedeutet, kegelig ausgebildet ist und gegen die entsprechend
kegelig ausgebildeten Wände der Öffnung der Konsole 7 drückt, durch welche der Stab
19 hindurchtritt. Die Bohrung 27 des Zwischengliedes 22 weist rechteckigen Querschnitt
auf, wie das aus Abb. 3 ersichtlich ist, um über den rechtwinkligen Querschnitt
des Stabes 20 zu passen. Die Längsbewegung des Stabes 20 wird durch Drehung der
Mutter 21 bewirkt, die je nach der Drehrichtung den Stab 19 von dem Verbindungsstück
15 fortzieht ender zu ihm hinschiebt, wodurch entsprechend die Spannung der Federn
17 und I8 je nach Bedarf erhöht oder vermindert werden kann.
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Die Regelung der Torsionsspannung der Feder 17 erfolgt durch Drehung
des Gliedes das das seinerseits dann wieder den Stab 20 dreht. Eine ähnliche Anordnung
ist für den Stab 20 vorgesehen. und mit ihr läßt sich die Spannung und die Torsion
der Feder 18 in ähnlicher Weise regeln.
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Das Gewichtssystem, bestehend aus den Armen ii und I2, die sich rechtwinklig
von dem Verbindungsstück 15 aus erstrecken, ist, wie vorstehend schon erwähnt, vermittels
der Federn I7 und 18 aufgehängt. und zwar in der Weise, daß der Arm In sich senkrecht
aufwärts und der Arm 12 sich in waagerechter Richtung erstreckt. Der Arm in ist
mit einem Gewicht 33 versehen, und die Empfindlichkeit des Gerätes kann durch Bewegung
des Gewichtes 33 auf dem Arm 11 in senkrechter Richtung eingestellt werden. Die
Bewegung des Gewichtes 33 aufwärts erhöht die Periode des Instruments. Der Arm 12
trägt ein Gewicht 35, das längs dem Arm 12 eingestellt werden kann. Änderungen der
Schwerkraft wirken auf das Gewicht 35 ein und verursachen eine Änderung in der Stellung
des waagerechten Armes 12 um das der bindungsstück 15 als Achse.
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Es sind Mittel vorgesehen, um das bewegliche System wieder in die
Gleichgewichtslage zurückzuführen. Dazu dient in dem dar gestellten Beispiel eine
Feder 37, die mit einem ihrer Enden an dem aufrecht stehenden Arm ii und mit dem
anderen Arm an einem Stab 40 angreift. Der Stab 40 tritt durch eine Öffnung, die
sich in einer Stütze
4I befindet, die starr mit der Grundplatte
I verbunden ist. Der Stab 40 ist mit Schraubgewinde versenen, und ein auf ihn aufgeschraubtes
Anzeigeglied 43 drückt gegen die Stütze 41, wie das aus Abb. t und 4 deutlich hervorgeht.
Den Stab 40 kann man, je nachdem ob die Zugspannung der Schraubenfeder 37 erhöht
oder vermindert werden soll, in der Längsrichtung bewegen. Die Feder 37 wird gespannt,
um das Gleichgewicht in dem Gewichtssystem wiederherzustellen. Im Verhältnis zu
den Federn I7 und I8 ist die Feder 37 sehr empfindlich und dient als Mittel zum
Messen der Torsionsspannung, die n3twendig ist, um das Gewichtssystem in die Gleichgewichtslage
zurückzuführen. Die Bewegung des Gewichtssystems ist duch Anschlagglieder 50 und
5 1 beschränkt.
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Die Gleichgewichtsstellung des Gewichtssystems wird durch folgende
Anordnung angezeigt.
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Der Arm 11 trägt einen Ansatz 52. In der Gleichgewichtsstellung unterbricht
der Ansatz 52 einen Lichtstrahl, der von einer Lichtquelle 54 kommt. Der Lichtstrahl
tritt durch eine Linse, die ihn sammelt und durch ,einen in einem Schirm 58 befindlichen
Sclilitz hiuldurchschickt. Das Licht, das auf eine Photozelle 60 fällt, betätigt
einen Verstärker 6I, der, wie dargestellt, mit der Zelle verbunden ist.
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Der verstärkte Strom fließt dann zu einem geeigneten Anzeiger 62,
wodurch man dann beobachten kann, ob der Lichtstrahl auf die Photozelle fällt oder
nicht. Dadurch wird gleichzeitig die Stellung des Gewichtssystems angezeigt. Es
können auch andere Verfahren zum Anzeigen der Gleichgewichtsstellung des Systems
verwendet werden, beispielsweise eine unmittelbare optische Beobachtung.
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Bei der Anwendung des Gerätes zum Messen von Schwerkraftsunterschieden
wird das Instrument aufgestellt und vermittels der Ausrichtschrauben 2 und von Libellen
horizontiert, die vorzugsweise rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Dann wird
das Gewichtssystem durch Einstellung der Spannung der Feder 37 mittels des Anzeigegliedes
43 in die Gleichgewichtslage gebracht und die Stellung des Anzeigegliedes notiert.
Die Gleichgewichtslage des Instrumlents wird angezeigt, wenn der Ansatz 52 den von
der Lichtquelle 54 kommenden Lichtstrahl unterbricht, so daß der Anzeiger 62 keinen
Strom anzeigt. Das Instrument wird dann zu einer neuen Stelle gebracht und erneut
ausgerichtet. Wenn zwischen dieser neuen Stelle und der früheren eine SchlveXrkraftsdifflerenz
vorliegt, so wird das Gewichtssystem aus der Gleichgewichtslage herausgeraten. Das
System wird dann vermittels der Feder 37 in die Gleichgewichtslage zurückgeführt,
und die Stellung des Anzeigegliedes 43 wird wiederum notiert. Der Wechsel in der
Stellung des Anzeigegliedes 43 dient also als Mittel zur Bestimmung von Schwerkraftsdifferenzen
zwischen zwei Punkten der Erdoberfläche.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 1 wird die zur Überführung
des Gewichtssystems in die Gleichgewichtslage notwendige Gegenkraft durch die Zugspannung
der Feder 37 in das System hineingebracht. Bei der in Abb. 5 dargestellten Ausführungsform
erfolgt dies durch Anwendung der Torsionsspannung einer feinen Feder 75. Das Gewichtssystem
und das optische System zum Anzeigen der Gleichgewichtslage ist mit dem in Abb.
I ersichtlichen identisch. Die Feder 75 greift mit einem Ende an dem Gewichtssystem
an. Das entgegengesetzte Ende der Feder 75 steht mit einer Muffe 76 in Verbindung,
die frei auf dem Stab 20 drehbar ist.
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Die Muffe 76 ist mit einem Zeiger 77 versehen, der vor einer Skala
78 läuft, die fest angeordnet ist, um das Ablesen zu ermöglichen. Die jeweilige
Lage des Zeigers zeigt die Größe der Torsionsspannung an, die in der Feder 75 herrscht.
Die Anwendung des Geräts ist dieselbe, wie zu Abb. I beschrieben.
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Das Gewichtssystem wird in die Gleichgewichtslage gebracht, um zunächst
eine Ablesung vorzunehmen. Es wird dann wieder in die Gleichgewichtslage gebracht,
nachdem sich infolge Änderung der Schwerkraftsverhältnisse ein Wechsel vollzogen
hat. Das gfeschiebt dann durch Bewegen des Zeigers 77 bis zu einer Stellung, bei
der der Ansatz 52 den Lichtstrahl von der Photozelle abschneidet. Die Verhältnisse
können dann an der Skala 78 abgelesen werden.